Индукционная ковка

Индукционная ковка подразумевает использование индукционного нагревателя для предварительного нагрева металлов перед деформацией с помощью пресса или молота. Обычно металлы нагревают до температуры от 1100 до 1200 ° C (от 2 010 до 2 190 ° F), чтобы повысить их пластичность и улучшить текучесть в ковочной штампе. ^{[ 1 ]}

Процесс

Индукционный нагрев — это бесконтактный процесс, в котором используется принцип электромагнитной индукции для производства тепла в заготовке. Помещая проводящий материал в сильное переменное магнитное поле , электрический ток течет по материалу, тем самым вызывая джоулево нагрев . В магнитных материалах дополнительное тепло выделяется ниже точки Кюри из-за гистерезисных потерь. Генерируемый ток происходит преимущественно в поверхностном слое, глубина которого определяется частотой переменного поля и проницаемостью материала. ^{[ 2 ]}

Потребляемая мощность

Источники питания для индукционной ковки различаются по мощности от нескольких киловатт до многих мегаватт и, в зависимости от геометрии детали, могут изменяться по частоте от 50 Гц до 200 кГц. В большинстве приложений используется диапазон от 1 кГц до 100 кГц. ^{[ 3 ]}

Чтобы правильно подобрать мощность, необходимо сначала рассчитать тепловую энергию , необходимую для поднятия материала до необходимой температуры за отведенное время. Это можно сделать, используя теплосодержание материала, которое обычно выражается в киловатт-часах на тонну, вес обрабатываемого металла и временной цикл. Как только это будет установлено, необходимо учитывать другие факторы, такие как потери, излучаемые компонентом, потери в катушках и другие потери в системе. Традиционно этот процесс включал длительные и сложные расчеты в сочетании с сочетанием практического опыта и эмпирических формул . Современные методы используют анализ методом конечных элементов. ^{[ 4 ]} и другие методы компьютерного моделирования, однако, как и в случае со всеми такими методами, по-прежнему требуются глубокие практические знания процесса индукционного нагрева.

Выходная частота

Вторым важным параметром, который следует учитывать, является выходная частота источника питания. Поскольку тепло преимущественно генерируется на поверхности компонента, важно выбрать частоту, которая обеспечивает наибольшую практическую глубину проникновения в материал без риска гашения тока. ^{[ 5 ]} Следует понимать, что, поскольку нагревается только кожа, потребуется время, чтобы тепло проникло в центр компонента, и что если слишком быстро приложить слишком большую мощность, можно расплавить поверхность компонента, оставив при этом ядро круто. Использование данных о теплопроводности материала ^{[ 6 ]} и заданные заказчиком требования к однородности (физические) относительно поперечного сечения ∆T, можно рассчитать или создать модель для определения необходимого времени нагрева. Во многих случаях время достижения приемлемого ∆T будет превышать время, которое можно достичь, нагревая компоненты по одному. Ряд решений по транспортировке, включая конвейеры, линейные питатели, системы толкателей и питатели с шагающими балками, используются для облегчения нагрева нескольких компонентов и одновременной доставки отдельных компонентов оператору в требуемом временном цикле.

Преимущества

Управляемость процессом. В отличие от традиционной газовой печи индукционная система не требует цикла предварительного нагрева или контролируемого отключения. Тепло предоставляется по требованию. В дополнение к преимуществам быстрой готовности в случае прерывания производства на последующих этапах можно отключить питание, что позволяет экономить энергию и уменьшать образование накипи на компонентах.
Энергоэффективность. Благодаря тому, что внутри компонента выделяется тепло, передача энергии чрезвычайно эффективна. Индукционный нагреватель нагревает только деталь, а не атмосферу вокруг нее.
Быстрый рост температуры. Высокая плотность мощности гарантирует, что компонент очень быстро достигнет температуры. Уменьшается окалина, а также поверхностные дефекты и нежелательные воздействия на металлургию поверхности .
Стабильность процесса. Процесс индукционного нагрева обеспечивает чрезвычайно равномерное и стабильное нагревание. Это повышает точность ковки и в крайних случаях может уменьшить припуски на обработку после ковки и положительно повлиять на срок службы матрицы. ^{[ 7 ]}
Никаких вредных побочных продуктов. Индукционный нагрев не образует никаких отходов для окружающей среды и является экологически чистым процессом в отличие от более традиционных методов нагрева, которые генерируют дым и токсичные выбросы. ^{[ 8 ]}

Типы

Обогрев конца бара

Нагрев конца прутка обычно используется в тех случаях, когда необходимо проковать только часть прутка. Типичными применениями нагрева концов прутка являются:

Горячая высадка болтов
Стабилизаторы поперечной устойчивости
Горные инструменты

В зависимости от требуемой производительности перегрузочные системы могут варьироваться от простых двух- или трехпозиционных пневматических толкателей до шагающих балок и конвейеров .

Нагрев заготовки

В индукционном нагревателе заготовки нагревается вся заготовка или заготовка. Обычно для коротких заготовок или заготовок используется бункер или чаша для автоматической подачи заготовок в линию к прижимным роликам, тягачам с цепным приводом или, в некоторых случаях, к пневматическим толкателям. Затем заготовки пропускаются через рулон один за другим по направляющим с водяным охлаждением, или через отверстие рулона используются керамические вкладыши, которые уменьшают трение и предотвращают износ. Длина рулона зависит от требуемого времени выдержки, времени цикла на компонент и длины заготовки. При больших объемах работ с большим поперечным сечением нередко можно использовать 4 или 5 катушек последовательно, чтобы получить катушку длиной 5 м (16 футов) или более. ^{[ 10 ]}

Типичные детали, обрабатываемые поточным нагревом заготовок: ^{[ 11 ]}

Маленькие коленчатые валы
Распредвалы
Пневматические и гидравлические фитинги
Головки молотков
Клапаны двигателя

Одиночный выстрел

Для длинных заготовок можно использовать однократный нагрев. В этом процессе используются аналогичные системы, что и при нагреве концов прутка, за исключением того, что вся заготовка распределяется по отдельным рулонам. Как и при нагреве концов прутка, количество витков зависит от требуемого ∆T и тепловых свойств нагреваемого материала.

Типичные детали, обрабатываемые однократным нагревом заготовки: ^{[ 12 ]}

грузовых автомобилей Оси
Морские распределительные валы

См. также

Ссылки

Примечания

^ Лозинский, с. 594.
^ Лозинский, с. 2.
^ Rudnev, p. 142.
^ Rudnev, p. 166.
^ Rudnev, p. 627.
^ Rudnev, p. 16.
^ Дэвис, с. 11.
^ Power Parts International
^ Power Parts International
^ Rudnev, p. 447.
^ Rudnev, p. 78.
^ Rudnev, p. 249.

Библиография

Дэвис, Джон; Симпсон, Питер (1979), Справочник по индукционному нагреву , McGraw-Hill, ISBN 0-07-084515-8 .
Лозинский, Михаил Григорьевич (1969), Промышленное применение индукционного нагрева , Pergamon Press, ISBN 0-08-011586-1 .
Рапопорт, Эдгар; Плешивцева, Юлия (2006), Оптимальное управление процессами индукционного нагрева , CRC Press, ISBN 0-8493-3754-2 .
Руднев Валерий; Без любви, Дон; Кук, Раймонд; Блэк, Мика (2002), Справочник по индукционному нагреву , CRC Press, ISBN 0-8247-0848-2 .

Внешние ссылки

Что такое индукционный нагрев — преимущества индукционного нагрева.

[1] Лозинский, с. 594.

[2] Лозинский, с. 2.

[3] Rudnev, p. 142.

[4] Rudnev, p. 166.

[5] Rudnev, p. 627.

[6] Rudnev, p. 16.

[7] Дэвис, с. 11.

[8] Power Parts International

[9] Power Parts International

[10] Rudnev, p. 447.

[11] Rudnev, p. 78.

[12] Rudnev, p. 249.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]